(57)【要約】【課題】  発光効率を低下させず、波長再現性が向上し、量産性に優れた発光デバイス、光通信システム、および発光デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】  ＧａＡｓ基板１２の下面にはｎ電極１１が形成され、上面には、下部ＤＢＲ１３Ａ，１３Ｂ、溝２０Ａ，２０Ｂを有する発光層１４Ａ，１４Ｂを順次形成して下部構造体１７が作製される。この下部構造体１７に、発光波長に応じて厚さの異なるスペーサ１５Ａ，１５Ｂと上部ＤＢＲ１６Ａ，１６Ｂによる上部構造体１８Ａ，１８Ｂが接合されることにより、多波長面発光レーザ１が構成される。溝２０Ａ，２０Ｂを有することにより、下部構造体１７に上部構造体１８Ａ，１８Ｂを接合する際に発光層１４Ａ,１４Ｂを構成する結晶の転位が発生しても、溝２０Ａ，２０Ｂにより転位の進行が妨げられ、発光効率の低下を防止することができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された発光層と、
前記発光層の発光部の周囲に形成された溝と、
前記発光層の前記溝の外側に接合された環状のスペーサと、
前記スペーサ上に形成された透明層とを備えたことを特徴とする発光デバイス。
【請求項２】
基板と、
前記基板上に形成された第１のＤＢＲ層と、
前記第１のＤＢＲ層上に形成された発光層と、
前記発光層の発光部の周囲に形成された溝と、
前記発光層の前記溝の外側に接合され、前記発光層における発光波長に対応した厚さを有する環状のスペーサと、
前記スペーサ上に形成された第２のＤＢＲ層とを備えたことを特徴とする発光デバイス。
【請求項３】
前記第１のＤＢＲ層、前記発光層、前記溝、前記スペーサ、および前記第２のＤＢＲ層は、共通の前記基板上にそれぞれ複数形成され、
複数の前記スペーサは、複数の前記発光層における発光波長に対応した厚さを有することを特徴とする請求項２に記載の発光デバイス。
【請求項４】
前記発光層と前記スペーサとは、常温接合により接合されたことを特徴とする請求項１または２に記載の発光デバイス。
【請求項５】
前記スペーサは、金属からなることを特徴とする請求項１または２に記載の発光デバイス。
【請求項６】
前記溝は、誘電体が埋設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光デバイス。
【請求項７】
前記発光層上に中間ＤＢＲ層が形成され、
前記溝は、前記中間ＤＢＲ層から前記発光層の前記発光部の周囲に至るように形成されたことを特徴とする請求項２に記載の発光デバイス。
【請求項８】
基板上に所定の間隔を設けて形成された複数の発光層と、前記複数の発光層の発光部の外側に形成された複数の溝と、前記複数の発光層上に形成され、前記複数の溝の外側に接合された環状の複数のスペーサと、前記複数のスペーサ上に形成された複数の透明層とを有し、波長の異なる複数の光を出射する発光デバイスと、
前記複数の発光デバイスから出射された前記複数の光を伝送する光伝送路とを備えたことを特徴とする光通信システム。
【請求項９】
第１の基板上に発光層を形成し、
前記発光層の発光部の周囲に溝を形成し、
第２の基板上に透明層を形成し、
前記透明層上に前記溝よりも内径が大なる環状のスペーサを形成し、
前記第１および第２の基板同士を押圧して前記発光層と前記スペーサとを接合し、
前記第１および第２の基板同士を離隔して前記透明層および前記スペーサを前記第２の基板側から前記第１の基板側に転写する工程を含むことを特徴とする発光デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ，発光ダイオード等の発光デバイス、光通信システム、および発光デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速光通信においては、通信用半導体レーザの波長を多重化して送信するＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing：波長多重）が広く用いられるようになってきたが、現状ではバックボーンやメトロエリアネットワークでの使用に限定され、オフィスや一般家庭向けには実用化段階に至っていない。
【０００３】
しかし、近年、光ファイバを用いた高速光通信が、オフィスや一般家庭においても可能になってきた。ＦＴＴＨ（Fiber to the home）により、最大１００Ｍｂｐｓの高速通信網が整備され始め、ＳＯＨＯ（Small Office Home Office）にも導入されはじめている。一般に、光ファイバは、局から電柱等を介してオフィスや住宅に引き込まれているが、光ファイバによりオフィスや一般家庭に伝達された光信号は、宅内またはその近傍に配置されたＯＮＵ（光回線終端装置）を用いて電気信号に変換され、イーサネット（登録商標）方式によるＬＡＮ（Local Area Network）を構築し、ＰＣ（personal computer:パソコン）等との通信を行っている。この際、導線を使ったＵＴＰ（un-shield twist pair）ケーブルを用いて、ＨＵＢ（ハブ）とＰＣとが接続される。
【０００４】
一方、ＬＡＮを構築するのに、電気配線であるＵＴＰケーブル等を用いずに光ファイバを用いる方式も検討されている。特に、オフィス内等の近距離の光通信においては、石英系の光ファイバよりも価格の安いマルチモードのプラスティック光ファイバ（ＰＯＦ：Plastic Optical Fiber）を用いた波長多重方式の検討が進んでいる。この理由として、通信情報の大容量化があり、動画や大容量のデータベースの共有をより容易に行いたいという要求がある。
【０００５】
この様な要求において、重要な役割を果たす光デバイスとして、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser:面発光型レーザ）がある。ＶＣＳＥＬは一般に広く使われている端面発光型半導体レーザとは異なり、半導体基板の表面から光を取り出すことができる。これにより、同一基板上に同時に多くの素子を作成できることから、量産性に優れ、低価格が図れ、安定した性能の光源を得ることができる。
【０００６】
ＶＣＳＥＬは、例えば、活性層を半導体多層膜によるＤＢＲ構造（Distributed Bragg Reflector）で挟み、光を反射させて光共振器を実現させている。半導体多層膜は、通常、数十層ほどの半導体層からなり、ＡｌＧａＡｓの組成比を変化させることにより、ＤＢＲ構造が形成される。光は、通常、上部ＤＢＲ側に射出され、下部ＤＢＲでは、光は１００％反射される。一方、上部ＤＢＲ部では、光を取り出すために、反射率を９９％ほどに設計しておき、光を取り出している。この様に、反射率が高いのは、ＶＣＳＥＬがその構造上、活性層の厚みが５０ｎｍ程度と非常に狭く、高いゲインを得ることが困難なためである。また、活性層には、通常、ＭＱＷ（Multi Quantum Well：多重量子井戸構造）が採用される。
【０００７】
ＤＢＲ構造は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により、基板全体に同時に作製される。そのため、通常は、基板全体に渡り全て同一の発振波長となる。しかし、上記したように、波長多重方式で使用する場合、同一基板上に隣接させて設けられている複数のＶＣＳＥＬの相互の波長が異なっている必要がある。
【０００８】
この様な多波長面発光レーザについては、例えば、基板上の隣接するＶＣＳＥＬ間で直径の異なるメサ構造を作製しておき、その後、ＭＯＣＶＤ法によりＤＢＲ構造や発光層等を作製する方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。このＶＣＳＥＬでは、下地のメサの大きさの違いにより、ＭＯＣＶＤでの製膜時に膜厚変化が現れ、ＤＢＲやＭＱＷの膜厚構造に変化が生じることにより、発振波長が変化する。
【０００９】
また、下層反射膜上に、下層クラッド層、活性層、上層クラッド層及び上層反射膜を順次積層し、さらに化学変化により屈折率が変化する材料からなる波長チューニング層を上層クラッド層上に形成した構成の面発光デバイスが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
また、ＳｉＯ２などの誘電体マスク等を、例えばＭＯＣＶＤ法、ＣＢＥ法などで発光領域の少なくとも一部にドーナツ形状に成長させると、このドーナツ形状の幅（肉厚）に応じて、中心の開口部に成長する結晶の成長速度、組成を変化させることができ、これにより、断面形状、成長膜厚、発振波長等が柔軟に設計できるようになることが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１１】
このようにＶＣＳＥＬに関しては種々の研究が進んでおり、今後これを用いた高速な通信用光源が重要になると考えられる。以上の様な背景を考えると、オフィスや家庭で使用できる高速光通信技術の実現が、重要であると考えられる。そこで、ＰＯＦ等の光ファイバを用いた光通信システムの技術開発が進められている。
【００１２】
ＰＯＦは、手軽に接続して使用できるという特徴を持ち、このＰＯＦと上記したＶＣＳＥＬを組み合わせて用いると、短距離であれば、２ＧＨｚ以上の通信が可能であることが実証されている。ＰＯＦはマルチモードで使用され、そのコア径が数百ミクロンと石英系シングルモードファイバに比較して大きい。そのため、ＰＯＦはファイバ間の位置合わせが簡単に行えて、接続や取り外し等の取り扱いが容易であるという特徴を有するものの、伝送損失が大きく、伝送距離が限定される。通常、伝送距離は５０ｍ程度であり、伝送速度は数Ｇｂｐｓが限度とされている。しかし、ＶＣＳＥＬの多波長化を実現し、これをＰＯＦに応用できれば、波長多重通信が可能になり、超高速化を実現することできる。
【００１３】
一方、微小構造体の断面形状に対応した複数の薄膜パターンを常温接合により積層して微小構造体を形成する積層造形方法が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  Ｖｏｌ．７、ｐ１０
【特許文献１】特開平０９−１３５０５１号公報（［００１３］〜［００２２］、図２）
【特許文献２】特開平１０−２３３５５９号公報（［００３４］、図１、図２）
【特許文献３】特開平１０−３０５４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、従来の多波長面発光レーザによると、いずれもＭＯＣＶＤ法、ＣＢＥ法などを用いて膜の形成を行っているため、構造体を形成し、堆積速度を変化させる方法では膜厚の再現性に乏しいという問題があり、発光波長を再現性よくコントロールすることは難しい。
【００１５】
特許文献３に記載された積層造形方法を応用して、ＭＯＣＶＤ法により形成したＤＢＲ構造や発光層等を常温接合により接合して多波長面発光レーザを作製しようとした場合、発光層やＤＢＲ構造に荷重を付加して積層するため、荷重をかけすぎると、発光層やＤＢＲ構造を構成する結晶に転位（ディスロケーション）が発生し、それが原因となって非発光中心が形成され、発光効率が低下しするという問題がある。
【００１６】
従って、本発明の目的は、発光効率を低下させず、波長再現性が向上し、量産性に優れた発光デバイス、光通信システム、および発光デバイスの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、上記目的を達成するため、基板上に形成された発光層と、前記発光層の発光部の周囲に形成された溝と、前記発光層の前記溝の外側に接合された環状のスペーサと、前記スペーサ上に形成された透明層とを備えたことを特徴とする発光デバイスを提供する。
【００１８】
上記発光デバイスによれば、発光層とスペーサとを荷重を付加して接合する際、荷重によって発光層を構成する結晶に転位が生じても、発光層の発光部の周囲に形成した溝により転位の進行を止められるので、発光効率の低下を抑えることができる。
【００１９】
上記溝は、連続して環状に形成されていてもよく、間欠的に複数の溝が環状に形成されていてもよい。また、溝は円形や矩形の環状に形成されていてもよく、その形状は限定されない。また、発光層が活性層を介してｐ層とｎ層が積層されて構成されている場合、溝の深さは、活性層よりも深くするのが好ましいが、発光層を構成する結晶に生じた転位が発光部への進行を止められるのなら、活性層よりも浅くてもよい。発光層とスペーサとは、直接接触して接合される場合の他、他の層あるいは部材を介して間接的に接合される場合を含む。
【００２０】
本発明は、上記目的を達成するため、基板と、前記基板上に形成された第１のＤＢＲ層と、前記第１のＤＢＲ層上に形成された発光層と、前記発光層の発光部の周囲に形成された溝と、前記発光層の前記溝の外側に接合され、前記発光層における発光波長に対応した厚さを有する環状のスペーサと、前記スペーサ上に形成された第２のＤＢＲ層とを備えたことを特徴とする発光デバイスを提供する。
【００２１】
上記発光デバイスによれば、面発光レーザを構成することができ、発光層とスペーサとを荷重を付加して接合する際、荷重によって発光層を構成する結晶に転位が生じても、発光層の発光部の周囲に形成した溝により転位の進行を止められるので、発光効率の低下を抑えることができる。
【００２２】
上記第１のＤＢＲ層、発光層、溝、スペーサ、および第２のＤＢＲ層は、共通の基板上にそれぞれ複数形成され、複数のスペーサは、複数の発光層における発光波長に対応した厚さを有する構成としてもよい。これにより、多波長面発光レーザを構成することができる。
【００２３】
発光層とスペーサとは、常温接合により接合されることが好ましい。「常温接合」とは、室温で原子同士を直接接合することをいう。常温接合によれば、常温接合される層あるいは部材の形状や厚みの変化が少なく、高精度な発光デバイスが得られる。層あるいは部材を接合する前に、その表面に中性原子ビーム、イオンビーム等を照射して表面を清浄化するのが好ましい。清浄化により表面が活性化して強固な接合が得られる。
【００２４】
スペーサは、金属から形成してもよい。この場合、溝を跨ぐように発光層の表面に金属膜を形成することにより、スペーサを介して発光層の発光部に電流を注入することが可能となる。
【００２５】
溝は、誘電体が埋設されていてもよい。ｐ層とｎ層間のショートを防ぐことが可能となる。
【００２６】
発光層上に中間ＤＢＲ層が形成され、溝は、中間ＤＢＲ層から発光層の発光部の周囲に至るように形成されていてもよい。
【００２７】
本発明は、上記目的を達成するため、基板上に所定の間隔を設けて形成された複数の発光層と、前記複数の発光層の発光部の外側に形成された複数の溝と、前記複数の発光層上に形成され、前記複数の溝の外側に接合された環状の複数のスペーサと、前記複数のスペーサ上に形成された複数の透明層とを有し、波長の異なる複数の光を出射する発光デバイスと、前記複数の発光デバイスから出射された前記複数の光を伝送する光伝送路とを備えたことを特徴とする光通信システムを提供する。
【００２８】
上記光通信システムによれば、発光効率の低下を抑えることができ、通信情報の大容量化が可能となる。
【００２９】
本発明は、上記目的を達成するため、第１の基板上に発光層を形成し、前記発光層の発光部の周囲に溝を形成し、第２の基板上に透明層を形成し、前記透明層上に前記溝よりも内径が大なる環状のスペーサを形成し、前記第１および第２の基板同士を押圧して前記発光層と前記スペーサとを接合し、前記第１および第２の基板同士を離隔して前記透明層および前記スペーサを前記第２の基板側から前記第１の基板側に転写する工程を含むことを特徴とする発光デバイスの製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、発光効率を低下させず、波長再現性が向上し、優れた量産性が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
［第１の実施の形態］
（多波長面発光レーザの構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る多波長面発光レーザの構成を示す。本実施の形態による多波長面発光レーザ１は、ＧａＡｓ基板１２と、ＧａＡｓ基板１２上に所定間隔に形成された２つの第１のＤＢＲ層としての下部ＤＢＲ層１３Ａ，１３Ｂと、下部ＤＢＲ層１３Ａ，１３Ｂのそれぞれの上面に形成されたＭＱＷによる発光層１４Ａ，１４Ｂと、発光層１４Ａ，１４Ｂのそれぞれの上面に形成された厚さの異なる金属からなる環状のスペーサ１５Ａ，１５Ｂと、スペーサ１５Ａ，１５Ｂのそれぞれの上面に形成された第２のＤＢＲ層としての上部ＤＢＲ層１６Ａ，１６Ｂと、ＧａＡｓ基板１２の下面に形成されたｎ電極１１と、上部ＤＢＲ層１６Ａ，１６Ｂ上にそれぞれ形成された開口１９ａを有するｐ電極１９Ａ，１９Ｂとを備える。
【００３２】
図１において、ＧａＡｓ基板１２、下部ＤＢＲ層１３Ａ，１３Ｂおよび発光層１４Ａ，１４Ｂにより下部構造体１７を形成している。また、スペーサ１５Ａと上部ＤＢＲ層１６Ａにより波長選択層としての上部構造体１８Ａが形成され、同様に、スペーサ１５Ｂと上部ＤＢＲ層１６Ｂにより波長選択層としての上部構造体１８Ｂが形成される。
【００３３】
発光層１４Ａ，１４Ｂは、発光部１４ａの周囲であって、環状のスペーサ１５Ａ，１５Ｂの内径に沿って形成された環状の溝２０Ａ，２０Ｂを有する。これらの溝２０Ａ，２０Ｂは、内部に酸化シリコン（ＰＳＧ：PhosphoSilicate Glass）等からなる誘電材２１が充填されている。また、発光層１４Ａ，１４Ｂの表面には、溝２０Ａ，２０Ｂを跨ぐようにＡｕ等からなる図示しない金属膜が形成され、スペーサ１５Ａ，１５Ｂを介して発光部１４ａに電流を注入できるように構成されている。
【００３４】
スペーサ１５Ａ，１５Ｂは、例えば、Ａｕにより形成され、発生させたいレーザ光の波長λに応じた厚さにする。ここでは、発光層１４Ａ，１４Ｂによる発光波長をλ１、λ２にするため、一方のスペーサ１５Ｂの厚みを他方のスペーサ１５Ａよりも小さくしている。また、スペーサ１５Ａ，１５Ｂは、発光層１４Ａ，１４Ｂの中央部に外圧が加わらないようにするため、中空形状を成した円環形に形成している。
【００３５】
下部ＤＢＲ層１３Ａ，１３Ｂおよび上部ＤＢＲ層１６Ａ，１６Ｂは、例えば、屈折率の異なる層を交互に積層した多層反射膜（ＤＢＲブラッグ分布反射層）構造となっているが、半導体多層構造であってもよい。
【００３６】
下部ＤＢＲ層１３Ａ，１３Ｂおよび上部ＤＢＲ層１６Ａ，１６Ｂとして、誘電体を用いた場合は、ガラス基板や半導体基板上にポリイミドなどの緩衝層を成膜し、その上に誘電体の多層膜や半導体多層膜を形成する。また、半導体を用いた場合は、基板上にエッチング除去可能な層を着膜しておき、その上に半導体多層膜をＭＯＣＶＤで形成すればよい。
【００３７】
（多波長面発光レーザの製造方法）
次に、第１の実施の形態に係る多波長面発光レーザの製造方法を図面を参照して説明する。図２は、第１の実施の形態に係る多波長面発光レーザの全体の製造工程を示す。なお、図２中のＳは、ステップを表している。図３は、下部構造体を示す。図４（ａ）〜（ｂ）は、上部構造体１８Ａの製造工程を示し、図４（ｄ）は、上部構造体１８Ｂの最終工程を示す。図５（ａ）〜（ｃ）は、下部構造体１７に上部構造体１８Ａを接合する工程を示す。図６（ａ）〜（ｃ）は、下部構造体１７に上部構造体１８Ｂを接合する工程を示す。
【００３８】
（下部構造体の作製）
まず、図２に示すように図１に示した下部構造体１７を予め作製する（Ｓ１０１）。すなわち、ＧａＡｓ基板１２上に下部ＤＢＲ層を形成し、下部ＤＢＲ層上にＭＱＷにより発光層を形成した後、図３に示すように、エッチングによりＧａＡｓ基板１２上の２つの下部ＤＢＲ層１３Ａ，１３Ｂおよび発光層１４Ａ，１４Ｂ間に距離Ｒを設け、ＧａＡｓ基板１２の裏面にｎ電極１１を形成する下部ＤＢＲ層１３Ａ，１３Ｂの距離Ｒは、完成後の多波長面発光レーザ１に対向配置される合波器等の光デバイスの受光部の間隔に合わせた設定にする。また、エッチングにより、発光層１４Ａ，１４Ｂの発光部１４ａを取り囲むように環状の溝２０Ａ，２０Ｂを設け、これらの溝２０Ａ，２０Ｂの内部に誘電材２１を充填する。その後、発光層１４Ａ，１４Ｂの表面に溝２０Ａ，２０Ｂを跨ぐようにＡｕ等からなる図示しない金属膜を形成する。なお、発光層１４Ａ，１４Ｂの上部に、保護を目的とした層を設けておいてもよい。
【００３９】
（上部構造体の作製）
次に、図２に示すように上部構造体１８Ａ，１８Ｂを作製する（Ｓ１０２）。まず、上部構造体１８Ａについて説明する。すなわち、図４（ａ）に示すように、ＳｉＯ２による基板４１上にＣｕによる犠牲層４２Ａを形成し、この犠牲層４２Ａ上に上部ＤＢＲ層１６Ａを形成し、さらに、上部ＤＢＲ層１６Ａ上にＡｌによる所定の厚みのスペーサ層４３Ａを形成する。次に、図４（ｂ）に示すように、スペーサ層４３Ａをフォトリソグラフィにより、中央部に円形等の中空部４４Ａを有した円環状のスペーサ１５Ａを形成する。次に、図４（ｃ）に示すように、上部ＤＢＲ層１６Ａをスペーサ１５Ａの外形に沿って除去する。
【００４０】
また、図４の（ｄ）に示すように、上部構造体１８Ｂを作製する。製造工程は上部構造体１８Ａと同じであるが、発光波長を異ならせるため、スペーサ１５Ｂの厚みをスペーサ１５Ａより薄くしている。なお、スペーサ１５Ｂの外径、内径等、および中空部４４Ｂは、スペーサ１５Ａおよび中空部４４Ａと同じである。
【００４１】
（常温接合）
次に、図２に示すように、下部構造体１７上に所定の間隔をもって所定の位置に上部構造体１８Ａ，１８Ｂを順番に接合する（Ｓ１０３）。すなわち、まず、図５（ａ）のように、図４で作製した上部構造体１８Ａを、スペーサ１５Ａが下側になるようにして下部構造体１７の発光層１４Ａ上に位置決めする。次に、図５（ｂ）に示すように、スペーサ１５Ａを発光層１４Ａの溝２０Ａの外側に位置するように正確に合わせた後、両方の接合表面にＡｒビームを照射して接合面を清浄化し、基板４１Ａを押圧して上部構造体１８Ａを下部構造体１７に圧接し、発光層１４Ａに上部構造体１８Ａを接合する。次に、上部構造体１８ＡをＣｕのエッチング液に浸漬し、犠牲層４２Ａのエッチングを行い、図５（ｃ）に示すように、基板４１Ａを分離する。
【００４２】
次に、図６（ａ）のように、スペーサ１５Ｂを下側にして図４で作製した上部構造体１８Ｂを、下部構造体１７の発光層１４Ｂ上に位置決めする。次に、図６（ｂ）に示すように、スペーサ１５Ｂを発光層１４Ｂの溝２０Ｂの外側に位置するように正確に合わせた後、両方の接合表面にＡｒビームを照射して接合面を清浄化し、基板４１Ｂを押圧して上部構造体１８Ｂを下部構造体１７に圧接し、発光層１４Ｂに上部構造体１８Ｂを接合する。次に、Ｃｕのエッチング液に上部構造体１８Ｂを浸漬して犠牲層４２Ｂのエッチングを行い、図６（ｃ）に示すように、基板４１Ｂを分離する。なお、接合する際に、基板１２，４１Ａ，４１Ｂを加熱して行ってもよい。
【００４３】
その後、上部ＤＢＲ層１６Ａ，１６Ｂ上に開口１９ａを有するｐ電極１９Ａ，１９Ｂを形成し、図１に示した多波長面発光レーザ１が完成する（Ｓ１０４）。
【００４４】
（第１の実施の形態の効果）
この第１の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
（イ）発光層１４Ａ，１４Ｂの発光部１４ａの周囲に環状の溝２０Ａ，２０Ｂを設けているので、常温接合により上部構造体１８Ａ，１８Ｂを接合する際、発光層１４Ａ，１４Ｂを構成する結晶に転位（ディスロケーション）が生じても、溝２０Ａ，２０Ｂにより転位の進行を止められるので、発光効率の低下を抑えることができる。
（ロ）下部構造体１７と上部構造体１８Ａ，１８Ｂを別々に作製した後、下部構造体１７上に上部構造体１８Ａ，１８Ｂを順次接合するようにしたことにより、発光波長を再現性よくコントロールすることができ、優れた量産性が得られる。
（ハ）スペーサ１５Ａ，１５Ｂの厚みを変えることで隣接するレーザ発振スポット間で波長を変化させることができるので、簡単にＶＣＳＥＬの多波長化が可能になる。
（ニ）下部構造体１７と上部構造体１８Ａ，１８Ｂとを接合する際、圧接と加熱を行うことにより、低抵抗化と圧接強度の向上を図ることができる。
（ホ）スペーサ１５Ａ，１５Ｂに中空部４４Ａ，４４Ｂを設けたことにより、接合時の荷重が発光層１４Ａ，１４Ｂの中央部に加わるのを防止でき、発光層１４Ａ，１４Ｂのクラック等の発生を防止することができる。
（ヘ）１枚の基板１２上に、下部構造体１７と上部構造体１８Ａ，１８Ｂとによる複数のレーザ素子を異なる波長により集積化できるため、多波長化してＰＯＦに導入することが可能になり、通信容量を大幅に拡大することができる。例えば、１００μｍほどの直径内に１０個程度のレーザ素子を収容できるため、ＰＯＦ等のコア径の大きなマルチモードファイバとのカップリングを容易に行うことができる。
【００４５】
［第２の実施の形態］
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る多波長面発光レーザの構成を示す。この第２の実施の形態は、第１の実施の形態において、発光層１４Ａ，１４Ｂ上に中間ＤＢＲ層５０Ａ，５０Ｂを設け、中間ＤＢＲ層５０Ａ，５０Ｂから発光層１４Ａ，１４Ｂに及ぶ溝２０Ａ，２０Ｂを設け、これらの溝２０Ａ，２０Ｂの内部にＰＳＧ等の誘電体２１を充填したものであり、他の構成および製造工程は第１の実施の形態と同様である。
【００４６】
この第２の実施の形態の下部構造体１７は、ＧａＡｓ基板１２、下部ＤＢＲ層１３Ａ，１３Ｂ、発光層１４Ａ，１４Ｂおよび中間ＤＢＲ層５０Ａ，５０Ｂから構成される。
【００４７】
中間ＤＢＲ層５０Ａ，５０Ｂの表面には、溝２０Ａ，２０Ｂを跨ぐようにＡｕ等からなる図示しない金属膜が形成され、スペーサ１５Ａ，１５Ｂを介して発光部１４ａに電流を注入できるように構成されている。
【００４８】
この第２の実施の形態によれば、中間ＤＢＲ層５０Ａ，５０Ｂから発光層１４Ａ，１４Ｂに及ぶ溝２０Ａ，２０Ｂを設けたため、中間ＤＢＲ層５０Ａ，５０Ｂおよび発光層１４Ａ，１４Ｂを構成する結晶に転位が生じても、溝２０Ａ，２０Ｂにより転位の進行を止められるので、発光効率の低下を抑えることができる。また、下部構造体１７上に上部構造体１８Ａ，１８Ｂを接合することにより、発光波長の異なるレーザを製造することができる。さらに、スペーサ１５Ａ，１５Ｂの他に中間ＤＢＲ層５０Ａ，５０Ｂを設けたので、波長の調整が容易となる。
【００４９】
［第３の実施の形態］
図８（ａ）、（ｂ）は、本発明の第３の実施の形態に係る多波長面発光レーザの製造工程を示す。本実施の形態は、第１の実施の形態において、スペーサ１５Ａ，１５Ｂを除去するとともに、発光波長に応じて上部ＤＢＲ層１６Ａ，１６Ｂの層枚数を異ならせたものであり、他の構成は、第１の実施の形態と同様である。なお、図８では、上部構造体１８Ａ，１８Ｂを一緒に図示しているが、接合処理は別々に行われる。
【００５０】
まず、上部ＤＢＲ層１６Ａ，１６Ｂの層枚数を異ならせた上部構造体１８Ａ，１８Ｂを別々に作製する。また、第１の実施の形態で説明したようにして下部構造体１７を作製する。
【００５１】
次に、図８の（ａ）のように、上部ＤＢＲ層１６Ａを発光層１４Ａの出射光位置に正確に合わせをした後、両方の接合表面にＡｒビームを照射して接合面を清浄化し、基板４１Ａを押圧して上部構造体１８Ａを下部構造体１７に圧接し、発光層１４Ａに上部構造体１８Ａを接合する。
【００５２】
次に、上部ＤＢＲ層１６Ｂを発光層１４Ｂの出射光位置に正確に合わせをした後、両方の接合表面にＡｒビームを照射して接合面を清浄化し、基板４１Ｂを押圧して上部構造体１８Ｂを下部構造体１７に圧接し、発光層１４Ｂに上部構造体１８Ｂを接合する。その後、ＧａＡｓ基板１２の下面にｎ電極を形成し、上部ＤＢＲ層１６Ａ，１６Ｂ上に開口を有するｐ電極を形成することにより、多波長面発光レーザが完成する。なお、上部構造体１８Ａ，１８Ｂを圧接するごとに加熱を行ってもよい。
【００５３】
この第３の実施の形態によれば、発光部１４ａの周囲に溝２０Ａ，２０Ｂを設けているので、常温接合により上部構造体１８Ａ，１８Ｂを接合する際、発光層１４Ａ，１４Ｂを構成する結晶に転位が生じても、溝２０Ａ，２０Ｂにより転位の進行を止められるので、発光効率の低下を抑えることができる。また、スペーサ１５Ａ，１５Ｂを設けることなくＶＣＳＥＬの多波長化が図れるため、工程を簡素化することができる。その他の効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００５４】
［第４の実施の形態］
図９は、本発明の第４の実施の形態に係る光通信システムを示す。この光通信システムは、第１実施の形態に示した多波長面発光レーザ１を用いたものであり、多波長面発光レーザ１は、下部構造体１７と上部構造体１８Ａとによるレーザ素子６１と、下部構造体１７と上部構造体１８Ｂとによるレーザ素子６２とを備えており、レーザ素子６１，６２は、波長λ1，λ2のレーザ光を発生する。
【００５５】
レーザ素子６１，６２のレーザ光出射面側には、複数のレーザ光を合波する合波器６３が結合されている。この合波器６３には、マルチモードの光ファイバ６４の一端が接続され、この光ファイバ６４の他端には、分波器６５が接続されている。さらに、分波器６５には、光検出器６６，６７が接続されている。
【００５６】
（光通信システムの動作）
多波長面発光レーザ１のレーザ素子６１，６２が、電気信号に応じて図示しない変調器により変調されると、その変調による波長λ1，λ2のレーザ光は、合波器６３において多重化され、光ファイバ６４に送り出される。分波器６５に到達した光信号は、波長λ1とλ2のレーザ光に分離され、それぞれ光検出器６６，６７に入光される。光検出器６６，６７では、光信号を電気信号に変換して出力する。
【００５７】
［第５の実施の形態］
図１０は、本発明の第５の実施の形態に係る発光ダイオードを示す。この発光ダイオード３０は、ＧａＡｓ基板３１上に、ｎ−ＧａＡｓからなるｎ型バッファ層３２、ｎ−ＡｌＧａＡｓからなるｎ型クラッド層３３、ｐ−ＧａＡｓからなる活性層３４、ｐ−ＡｌＧａＡｓからなるｐ型クラッド層３５を順次積層し、ｐ型クラッド層３５上に環状のスペーサ３６を介して封止用の誘電体層３７さらに積層し、誘電体層３７の上に透明なｐ電極３８を設け、ＧａＡｓ基板３２の下部にｎ電極３９を設けたものである。
【００５８】
ｐ型クラッド層３６には、環状のスペーサ３６の内径に沿って活性層３４およびｎ型クラッド層３３に至る環状の溝２０が形成され、この溝２０内にＰＳＧ等の誘電体２１が充填されている。
【００５９】
この第５の実施の形態によれば、活性層３４の活性部３４ａの周囲に溝２０を設けているので、常温接合によりｎ型クラッド層３３、活性層３４、p型クラッド層３５等を接合する際、各層３３，３４，３５等を構成する結晶に転位が生じても、溝２０により転位の進行を止められるので、発光ダイオードを形成したときに発光効率の低下を抑えることができる。
【実施例１】
【００６０】
次に、本発明の実施例について図４、図５、図６、図１１、図１２を参照しながら説明する。図１１および図１２は、多波長面発光レーザ１の製造工程を示す断面図である。
【００６１】
まず、図１１（ａ）に示すように、下面にｎ電極１１を有するＧａＡｓ基板１２上に、３０．５周期のＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ多層膜による下部ＤＢＲ層１３と、ＧａＡｓによる発光層１４とをＭＯＣＶＤ法により作製した下部構造体１７を用意する。
【００６２】
ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ多層膜のｘを、ｘ＝０．１および０．６として多層膜を作製し、レーザの発振波長λに対して、全反射条件であるλ／４となるように膜厚を設計した。
【００６３】
また、発光層１４は、ｎ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７ＡＳからなるｎ−ＡｌＧａＡＳ層１４０、ｉ型ＧａＡｓからなるＧａＡｓ層１４１、ｐ型ＡｌＡｓからなるＡｌＡｓ層１４２、ｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７ＡＳからなるｐ−ＡｌＧａＡＳ層１４３を積層したものである。
【００６４】
次に、図１１(ｂ)に示すように、ｐ−ＡｌＧａＡＳ層１４３からＧａＡｓ基板１２に至る溝２０Ａ，２０Ｂを図示しないフォトレジストを塗布し、ドライエッチングにより形成し、フォトレジストを除去する。
【００６５】
次に、図１１(ｃ)に示すように、ＡｌＡｓ層１４２を選択的に酸化して電流狭窄層１４２ａを形成する酸化狭窄処理を行う。
【００６６】
次に、図１１(ｄ)に示すように、溝２０Ａ，２０Ｂ内およびｐ−ＡｌＧａＡＳ層１４３上に適宜の方法によりＰＳＧ等の誘電材２１を充填、塗布する。
【００６７】
次に、図１２（ａ）に示すように、溝２０Ａ，２０Ｂ上の誘電体２１を残すように図示しないレジスト層を塗布し、エッチング等によりｐ−ＡｌＧａＡＳ層１４３を露出させる。
【００６８】
次に、図１２(ｂ)に示すように、露出したｐ−ＡｌＧａＡＳ層１４３上にフォトレジスト１４４を塗布し、露出したｐ−ＡｌＧａＡＳ層１４３、誘電材２１およびフォトレジスト１４４上にＡｕ層１４５を形成する。
【００６９】
次に、図１２(ｃ)に示すように、フォトレジスト１４４およびフォトレジスト１４４上のＡｕ層１４５をリフトオフし、ｐ−ＡｌＧａＡＳ層１４３を露出させる。
【００７０】
次に、図４に示すように、上部構造体１８Ａ，１８Ｂを作製する。まず、上部構造体１８Ａについて説明すると、ＳｉＯ２による基板４１Ａ上に、犠牲層４２ＡとしてのＣｕを１μｍの厚みに着膜し、その上面にＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ａｓ組成により２２．５ペアの上部ＤＢＲ層１６Ａを作製した。更に、上部ＤＢＲ層１６Ａ上にＡｌを１．４μｍの厚みに積層してスペーサ層４３Ａを形成する。その後、フォトリソグラフィによってスペーサ層４３Ａを円環状に加工し、スペーサ１５Ａを形成する。この時、スペーサ１５Ａは、内径を１０μｍとし、外径を４０μｍとする。さらに、フォトリソグラフィによってスペーサ１５Ａの周囲にＤＢＲ層１６Ａを２０μｍ残す。さらに、上部構造体１８Ｂを、上部構造体１８Ａと同様にして作製する。
【００７１】
次に、下部構造体１７と上部構造体１８Ａの接合を行う。下部構造体１７と上部構造体１８Ａを図１２（ｄ）のように対向させ、スペーサ１５Ａ，１５Ｂが発光層１４Ａ，１４Ｂの溝２０Ａ，２０Ｂの外側に位置するように相互の位置合わせを精密に行う。このとき、Ａｒ原子によるＦＡＢ（First Atom Beam）を下部構造体１７と上部構造体１８Ａに照射して接合面を清浄にするとともに、接合面を物理化学的に活性化する。なお、図１２（ｄ）において、上部構造体１８Ａ，１８Ｂは、基板および犠牲層の図示を省略している。
【００７２】
次に、下部構造体１７の発光層１４Ａの出射光位置と上部構造体１８Ａのスペーサ１５Ａを図５の（ｂ）のように一致させ、常温で接合を行う。その後、３５０℃まで昇温して接合をより強固にし、ついで、Ｃｕのエッチング液に浸漬して犠牲層４２Ａのエッチングを行い、図５の（ｃ）に示すように、基板４１Ａを分離する。
【００７３】
次に、Ａlの膜厚を１．２μｍとしたスペーサ１５Ｂを有する上部構造体１８Ｂを上部構造体１８Ａと同様の方法で作製する。この上部構造体１８Ｂを上部構造体１８Ａと同様に、下部構造体１７に対向させ、相互の位置合わせを精密に行う。この時、上部構造体１８Ａの場合と同様に、ＦＡＢを下部構造体１７と上部構造体１８Ｂに照射し、接合面を清浄化する。その後、発光層１４Ｂの出射光位置と上部構造体１８Ｂのスペーサ１５Ｂを図６の（ｂ）のように一致させ、常温で接合を行う。次に、３５０℃まで昇温して接合をより強固にし、その後Ｃｕのエッチング液に上部構造体１８Ｂを浸漬して犠牲層４２Ｂのエッチングを行い、基板４１Ｂを分離する。最後に、ｐ電極作製工程を実施し、多波長面発光レーザ１を完成させる。
【００７４】
[他の形態]
なお、本発明は、上記実施の形態および実施例に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲内で種々に変形実施できる。例えば、各実施の形態間で構成要素を任意に組み合わせることができる。
【００７５】
また、第１の実施の形態において、接合面であるＭＱＷ面の周囲部分にＡｕ等の金属を薄く着膜してパターニングしておき、その金属薄膜とスペーサ１５Ａ，１５Ｂとを常温接合してもよい。第２の実施の形態においては、上部ＤＢＲ層１６Ａ，１６Ｂにも同様にＡｕ等の金属薄膜を着膜して常温接合してもよい。金属間の接合であるため、強固な接合が可能となる。また、金属同士の接合であっても基板等を加熱して接合してもよい。これにより、より強固な接合が可能となる。
【００７６】
また、接合の度加熱を行ってもよく、全ての接合が終了した後、一度に加熱してもよい。接合することで仮の接合ができるため、一度に加熱しても強固な接合が可能となる。
【００７７】
また、本発明は、多波長面発光レーザおよび発光ダイオードに限られるものではなく、下部構造体と上部構造体の接合による構成は、１波長を発光するレーザにも適用可能であり、３波長以上を発光するレーザにも適用可能である。また発光ダイオードにあっては、フェイスアップ型、フリップチップ型に限らず、側面発光型等の各種発光ダイオードに適用可能である。
【００７８】
また、第１の実施の形態では、上部ＤＢＲ層１６Ａおよびスペーサ１５Ａと上部ＤＢＲ層１６Ｂおよびスペーサ１５Ｂを異なる基板４１Ａ，４１Ｂ上に形成したが、同一の基板上に形成し、高さの高い方の上部ＤＢＲ層１６Ａおよびスペーサ１５Ａを下部構造体１７に接合した後、高さの低い方の上部ＤＢＲ層１６Ｂおよびスペーサ１５Ｂを下部構造体１７に接合してもよい。これにより、上部ＤＢＲ層１６Ａ，１６Ｂを一括して作製することができるので、製造工程を簡素化することができる。
【００７９】
また、本発明は、ＰＣ内の光通信やＰＣ間の光通信等の光通信に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る多波長面発光レーザの構成を示す正面断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る多波長面発光レーザの全体の製造工程を示す図である。
【図３】図１の下部構造体の詳細構成を示す正面断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る上部構造体の製造方法を示し、（ａ）〜（ｃ）は一方の上部構造体の製造工程を示す断面図であり、（ｄ）は他方の上部構造体の最終工程を示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態において、下部構造体に一方の上部構造体を接合する工程を示す断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態において、下部構造体に他方の上部構造体を接合する工程を示す断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る多波長面発光レーザの構成を示す正面断面図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、本発明の第３の実施の形態に係る多波長面発光レーザの製造工程を示す正面断面図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係る光通信システムを示す図である。
【図１０】本発明の第５の実施の形態に係る発光ダイオードの構成を示す正面断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施例に係る多波長面発光レーザの製造工程を示す断面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施例に係る多波長面発光レーザの製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１  多波長面発光レーザ
１１  ｎ電極
１２  ＧａＡｓ基板
１３Ａ，１３Ｂ  下部ＤＢＲ層
１４Ａ，１４Ｂ  発光層
１５Ａ，１５Ｂ  スペーサ
１６Ａ，１６Ｂ  上部ＤＢＲ層
１７  下部構造体
１８Ａ，１８Ｂ  上部構造体
１９Ａ，１９Ｂ  ｐ電極
１９ａ  開口
２０，２０Ａ，２０Ｂ  溝
２１  誘電材
３０  発光ダイオード
３１  ＧａＡｓ基板
３２  ｎ型バッファ層
３３  ｎ型クラッド層
３４  活性層
３５  ｐ型クラッド層
３６  スペーサ
３７  誘電体層
３８  ｐ電極
３９  ｎ電極
４１Ａ，４１Ｂ  基板
４２Ａ，４２Ｂ  犠牲層
４３Ａ，４３Ｂ  スペーサ層
４４Ａ，４４Ｂ  中空部
５０Ａ，５０Ｂ  中間ＤＢＲ層
６１，６２  レーザ素子
６３  合波器
６４  光ファイバ
６５  分波器
６６，６７  光検出器
１４０  ｎ−ＡｌＧａＡＳ層１４０
１４１  ＧａＡｓ層
１４２  ＡｌＡｓ層
１４２ａ  電流狭窄層
１４３  ｐ−ＡｌＧａＡＳ層
１４４  フォトレジスト
１４５  Ａｕ層
【図１】
2006269664.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006269664.tif 000009
【図８】
2006269664.tif 000010
【図９】
2006269664.tif 000011
【図１０】
2006269664.tif 000012
【図１１】
2006269664.tif 000013
【図１２】
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